(57)【要約】      （修正有）【課題】ディジタル画像収集用の固定又は可変焦点距離のコンパクトなレンズを得ること。【解決手段】入射光を検出器アレイ（２１）に作像するための２つ又は３つの屈折性光学素子(１〜３)と少なくとも１つの回折性光学素子（５，６）とを有し、少なくとも１つの回折性光学素子（６）が屈折性光学素子(１〜３)上に設けられたディジタル画像収集用の固定焦点距離コンパクトレンズであって、レンズの屈折性光学素子が、第１の屈折率をもつガラス又は光学セラミックから成る第１のレンズ素子（１）と、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率をもつプラスティックから成る第２のレンズ素子（２）とをもつ複合レンズとして設けられ、第１のレンズ素子（１）が第２のレンズ素子（２）の前方のビーム経路及びレンズの光入力側に位置付けられて成ることを特徴とするコンパクトレンズ。【選択図】図１
2007025680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を検出器アレイ（２１）に作像するための２つ又は３つの屈折性光学素子(１〜３)と少なくとも１つの回折性光学素子（５，６）とを有し、少なくとも１つの回折性光学素子（６）が屈折性光学素子(１〜３)上に設けられたディジタル画像収集用の固定焦点距離コンパクトレンズであって、レンズの屈折性光学素子が、第１の屈折率をもつガラス又は光学セラミックから成る第１のレンズ素子（１）と、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率をもつプラスティックから成る第２のレンズ素子（２）とをもつ複合レンズとして設けられ、第１のレンズ素子（１）が第２のレンズ素子（２）の前方のビーム経路及びレンズの光入力側に位置付けられて成ることを特徴とするコンパクトレンズ。
【請求項２】
入射光を検出器アレイに作像するための少なくとも２つの映像光学素子群と少なくとも１つの回折性光学素子とを有するディジタル画像収集用の可変焦点距離コンパクトズームレンズであって、レンズの光入力側の素子群の屈折性光学素子が、第１の屈折率をもつガラス又は光学セラミックから成る第１のレンズ素子と、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率をもつプラスティックから成る第２のレンズ素子とをもつ複合レンズとして設けられ、前記第１のレンズ素子が前記第２のレンズ素子の前方のビーム経路及びレンズの前記光入力側に位置付けられて成ることを特徴とするコンパクトズームレンズ。
【請求項３】
前記プラスティックが以下の群、即ちポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ばれて成る前記請求項の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項４】
前記複合レンズの２つのレンズ素子（１，２）が夫々、単レンズとして設けられ、材質結合により相互連結されて成る前記請求項１〜３の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項５】
少なくとも１つの回折性光学素子（６）が、検出器アレイ（２１）を覆うための透明カバー（２０）に直接作製されるか、又は設けられて成る前記請求項１〜４の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項６】
前記回折性光学素子が前記透明カバー（２０）と一体に作製されて成る請求項５に記載のコンパクトレンズ。
【請求項７】
前記回折性光学素子が前記複合レンズの一面に形成されて成る請求項５に記載のコンパクトレンズ。
【請求項８】
前記回折性光学素子が、前記透明カバー又は結像屈折性光学素子の一面をスタンピング又はホットスタンピング又は熱間成形して形成されて成る前記請求項１〜７の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項９】
レンズの全長Ｌがレンズの焦点距離ｆ以下である前記請求項１〜８の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項１０】
２つの回折性光学素子を有し、これ等２つの回折性光学素子（５，６）が、一方が屈折性光学素子（３）である２つの隣接した光学素子（３，２０）の対向する境界面内又は上に、設けられるか又は作製されて成る前記請求項１〜９の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項１１】
前記２つの回折性光学素子（５，６）が屈折率の等しい材料から作製され、前記２つの隣接した光学素子（３，２０）間の中間空間（９）に、屈折率が前記２つの回折性光学素子のものとも、前記２つの隣接光学素子（３，２０）のものとも異なる透明充填材が充填されて成る請求項１０に記載のコンパクトレンズ。
【請求項１２】
前記透明充填材の屈折率と厚みが、前記回折性光学素子（５，６）の光回折効率の、作像される光の波長への依存性が無視できる程度になるように選ばれて成る請求項１１に記載のコンパクトレンズ。
【請求項１３】
前記中間空間（９）内の充填材が、そのアッベ係数が前記回折性光学素子（５，６）の材料のアッベ係数より小さいプラスティック又はポリマーである請求項１１又は１２に記載のコンパクトレンズ。
【請求項１４】
前記回折性光学素子（５，６）がプラスティックから成る請求項１３に記載のコンパクトレンズ。
【請求項１５】
前記回折性光学素子（５，６）が以下の群、即ちポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ばれたプラスティックから成り、前記中間空間（９）に異なるプラスティック又はポリマーが充填されて成る請求項１４に記載のコンパクトレンズ。
【請求項１６】
前記回折性光学素子（５，６）が、処理温度Ｔｇの低い、好ましくは処理温度Ｔｇ＜１０００℃、より好ましくは処理温度Ｔｇ＜７００℃のガラスから成る請求項８〜１３の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項１７】
前記回折性光学素子（５，６）がガラスから成り、前記中間空間に、以下の群、即ちポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ばれたプラスティック又はポリマーが充填されて成る請求項１６に記載のコンパクトレンズ。
【請求項１８】
前記回折性光学素子（５，６）が光学セラミックから成り、前記中間空間に、以下の群、即ちポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ばれたプラスティック又はポリマーが充填されて成る請求項１６に記載のコンパクトレンズ。
【請求項１９】
前記回折性光学素子（５，６）が、最大高さＨが次式で与えられる回折性突起部から形成される、
【数１】
2007025680.tif 000005
請求項１４〜１８の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項２０】
前記回折性光学素子（５，６）が光学レンズ（１〜３）又は光学素子（２０）の面の熱間成形、特にホットスタンピングにより作製されて成る前記請求項１〜１９の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項２１】
前記回折性光学素子（５，６）が光学レンズ(１〜３)又は光学素子（２０）に対する、例えばエッチング、特にＷＣＥ、ＲＩＥ、ＩＢＥ又はＣＡＩＢＥ等の表面構造化法、又は特にＵＶレーザ又はフェムト秒レーザによるレーザアブレーション法、又は加法的蒸着法により作製されて成る前記請求項１〜２０の何れか一つに記載のコンパクトレンズ。
【請求項２２】
前記請求項１〜２１の何れか一つに記載のコンパクトレンズ（３６）により特徴付けられる、ディジタル画像収集のための検出器アレイ（２１）を有するディジタル画像収集装置。
【請求項２３】
携帯電話用カメラ又はモバイル情報技術装置として提供される請求項２２に記載のディジタル画像収集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にディジタル画像収集（取得）用のレンズ及び装置に関し、そして特に、例えば携帯電話又はＰＤＡ等のモバイル情報技術装置にディジタルデータを収集するための、構成がコンパクトな固定焦点距離又は可変焦点距離（ズームレンズ）のコンパクトレンズ、並びにかかるレンズをもつモバイル情報技術装置、特にデータ端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトレンズ、即ち全長の比較的短いレンズを、ディジタル画像収集は益々必要としている。これは特に、できるだけ平坦な装置形状が望ましいデータ端末、例えばＰＤＡ又は携帯電話等におけるディジタル画像収集に云える。マイクロエレクトロニクスにおける集積度密度が増大するにつれて、現在のディジタル画像収集チップ、例えば、一微小面に数百万個の画像収集素子をもつＣＣＤ画像センサ又はＣＭＯＳ画像センサとしても利用でき、これにより将来、上記モバイルデータ端末のような、比較的平坦なモバイル装置にとって、高い画像鮮鋭度が望ましいものにもなろう。従って、極めて高い画像鮮鋭度を可能にし、できるだけ経済的に製造が可能な、全長の短いコンパクトレンズに対する需要が高まっている。
【０００３】
特にアナログ単レンズカメラ、特に使い捨てカメラの分野では、作像光学素子としてコストパフォーマンスの良いレンズが知られている。例えば、ＵＳ５５８１４０５には、一レンズ面に回折構造のある凸レンズ面から成る屈折性基本素子をもつ無色ハイブリッドレンズであって、これ等回折構造が該レンズのプレス成形、プラスティックの射出成形、又は上記一レンズ面の再加工により用意可能なものが開示されている。
【０００４】
ＥＰ１１９３５１２Ａ２には、更なる回折性光学素子及びそれから設けられた光学システムが開示されている。
【０００５】
ＵＳ６１５７４９４及びＵＳ２００５/００６８６３７Ａ１には、色収差を修正するための回折性光学素子が設けられたコンパクトズームレンズが開示されている。このレンズは比較的複雑な構造を有し、従ってディジタル画像収集のため、特にモバイル応用、例えばデータ端末におけるディジタル画像収集のための本出願の意味でのコンパクトレンズとしては適していない。
【０００６】
ＵＳ６０７２６３４には、ディジタルカメラ用の固定焦点距離のコンパクトレンズが開示されている。このレンズはプラスティックの射出成形により製造された４つのレンズから成り、一つのレンズの一面に回折性光学構造が形成されて色収差に適宜作用するようにしたレンズである。この回折性レンズ面は、レンズに設けられた開口に近接して配置されている。単レンズを一列に正確に整列させるため、これ等レンズには位置合わせフランジとして働く周縁構造が設けられ、これ等は構造を捻ることにより形成されるが、この作業は比較的複雑であり、費用がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、コンパクトな構造を有し、経済的に製造可能な、且つ特に、モバイル応用、例えばディジタルカメラ、携帯電話、特にＰＤＡ、その他自動車分域における用途、例えば路肩検出、人又は障害物の検出又は車をバックさせるときの画像収集のためのレンズ用等、ディジタル画像収集の高画像鮮鋭度を可能にするような、ディジタル画像収集用の固定又は可変焦点距離のレンズが得られるようにすることである。本発明のもう１つの側面によれば、少なくともかかるレンズ１つをもつディジタル画像収集装置が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の側面によれば、本発明は、入射光を検出器アレイに映し出すため、２つ又は３つ、好ましくは２つの屈折性光学素子と少なくとも１つの回折性光学素子を含む、ディジタル画像収集のための固定焦点距離をもつコンパクトレンズから始まる。本発明によれば、このレンズは、映像屈折性光学素子が、第１の屈折率をもつガラス又は光学セラミックから成る第１のレンズ素子と、第１の屈折率より小さい第２の屈折率をもつプラスティックから成る第２のレンズ素子とをもつ複合又はハイブリッドレンズとして設けられ、第１のレンズ素子が第２のレンズ素子の前方のビーム経路及びレンズの光入力側に配置されて成ることを特徴とする。従って、入射光はレンズの光入力側で既に強く屈折しているため、レンズの全長が大幅に小さくなり、レンズの映像エラーが相当に低減される。このような複合又はハイブリッドレンズの場合には、２つのレンズ素子は材質結合により相互連結され、好ましくは、例えばプラスティックレンズを射出成形又はガラスレンズを加圧成形して単レンズとして用意される。材質結合連結は好ましくは接着によりなされるが、膠着又はガラス結合によりなされても良い。
【０００９】
もう１つの側面によれば、本発明は、入射光を検出器アレイに映し出すため、少なくとも２つの映像光学素子群と少なくとも１つの回折性光学素子を含む、ディジタル画像収集のための可変焦点距離をもつコンパクトズームレンズから始まる。本発明によれば、このズームレンズは、レンズの一光入力側の素子群の屈折性素子が、第１の屈折率をもつガラス又は光学セラミックから成る第１のレンズ素子と、前記第１の屈折率より小さい第２の第２の屈折率をもつプラスティックから成る第２のレンズ素子との複合レンズとして設けられ、前記第１のレンズ素子が前記第２のレンズ素子の前方のビーム経路及びレンズの前記光入力側に位置付けられて成ることを特徴とする。この手段により、入射光はレンズの光入力側で既に高度に屈折しているため、レンズの全長が大幅に小さくなり、レンズの映像エラーが相当に低減される。このような複合又はハイブリッドレンズの場合には、２つのレンズ素子は材質結合により相互連結され、好ましくは、例えばプラスティックレンズを射出成形又はガラスレンズを加圧成形して単レンズとして用意される。材質結合連結は好ましくは接着によりなされるが、膠着又はガラス結合によりなされても良い。
【００１０】
有利なコンパクトレンズを得るため適宜の材料組み合わせは、前記第１の屈折率をもつ材料として、屈折率ｎ＞１．６のガラスを含む。好適なガラスは例えば、低Ｔｇのガラス、例えば低Ｔｇのガラス、例えばＳｃｈｏｔｔのＬＡＳＦ４７、ＳｕｍｉｔａのＫ−ＶＣ８９又はＯＨＡＲＡのＳ−ＬＡＨ７９等、及び他の全ての光学ガラス、例えばＳｃｈｏｔｔのＮ−ＳＦ６、Ｎ−ＳＦ６６又はその他ＬＡＳＦ３５等である。前記第２の屈折率をもつ材料としては、屈折率ｎ＜１．６のプラスティックが都合が良い。そのようなプラスティックは特に、次のもの、即ちポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ぶことができる。
【００１１】
もう１つの実施態様によれば、少なくとも１つの回折性光学素子が屈折性光学素子上に設けられる。便宜的に、そのような光学素子は光学レンズ、又は、２つの材質結合連結単レンズからなる複合又はハイブリッドレンズである。本発明により、２つ又は３つの屈折性光学素子、特にレンズが用意されるので、本発明によるレンズは全長を極めて短く製造でき、結果として構成体積を実質的に小さくできる。本発明によれば、更にかなりのコスト節約が図れる。同時に、この少なくとも１つの回折素子により結像誤差が有効に補償される。
【００１２】
もう１つの実施態様によれば、少なくとも１つの回折性光学素子が検出器アレイの透明カバーに直接作製されるか、又は設けられる。この手段により、検出器アレイに映像する光を検出器の前方で直接、より適宜に修正でき、これがレンズの重要な特徴、例えば作像品質、画像コントラスト及び信号強度を更に高める。従来の検出器アレイ、特にＣＣＤ又はＣＭＯＳチップの感光度は通常、入射光の入射角に深く依存するからである。感光度が高ければ高いほど、全長の短いレンズが可能になる。
【００１３】
特に、径の比較的小さいレンズも、本発明により実現され、レンズの同一ｆ数でレンズ長を更に短くできる。透明カバー上又は透明カバーの直前に回折性光学素子を配置、作製することにより、レンズの色収差が更にまた有効に補償される。
【００１４】
もう１つの実施態様によれば、回折性光学素子は透明カバーと一体に作製される。これを具現化するため、例えば、透明カバー内又は上に回折格子、フレネル帯板、位相活性構造等を作製すれば良い。回折性光学構造を具現化するには、透明カバーの面のスタンピング、特にホットスタンピング又は他の適宜の熱間成形、又はエッチング（ＷＣＥ，ＲＩＥ，ＩＢＥ，ＣＡＩＢＥ）、又はその他レーザアブレーション法（ＵＶレーザ、フェムト秒レーザ）法等の他の適宜の構造化法、又はその他蒸着によれば良い。もう１つの実施態様によれば、透明カバーにプラスティック膜又はガラス膜を付設し、スタンピング、特にホットスタンピング又は他の適宜の熱間成形により更に構造化して回折性光学素子を作製することができる。
【００１５】
もう１つの実施態様によれば、複合レンズの２つのレンズ素子が単レンズとして作製され、材質結合により相互連結される。
【００１６】
もう１つの実施態様によれば、レンズの全長Ｌをレンズの焦点距離ｆ以下とする。従って、本発明によるレンズは明らかに、固定焦点距離のコンパクトレンズの設計に対する従来の設計限界内にある。
【００１７】
もう１つの実施態様によれば、２つの回折性光学素子はレンズ内に用意されるが、又は一方が屈折性光学素子である２つの隣接した光学素子の対向する境界面（界面）に、設けられ又は作製される。
【００１８】
もう１つの実施態様によれば、２つの回折性光学素子はレンズ内に用意されるが、又は、一方が屈折性光学素子である２つの隣接した光学素子の、互いに離反する境界面（界面）に設けられる。
【００１９】
もう１つの実施態様によれば、レンズ内の２つの回折性光学素子は屈折率の等しい材料から作製され、これら２つの隣接した光学素子間の中間空間に、屈折率及びアッベ係数が前記２つの回折性光学素子のものとも、前記２つの隣接光学素子のものとも異なる、特にこれ等のものより低い、透明充填材が充填される。透明な充填材の場合、本発明では、レンズの結像特性、特に色収差及び色回折効率の適宜に影響を及ぼす他のパラメタが利用できる。
【００２０】
もう１つの実施態様によれば、透明充填材料の屈折率とアッベ係数は、前記２つの回折性光学素子の光回折とイメージされる光の波長との間の関係が均一になるように選ばれる。
【００２１】
もう１つの実施態様によれば、前記中間空間内の充填材は、そのアッベ係数が前記回折性光学素子の材料のアッベ係数より小さいプラスティック又はポリマーであり、そのため散乱が比較的強い。
【００２２】
もう１つの実施態様によれば、前記回折性光学素子はプラスティックから成る。
【００２３】
もう１つの実施態様によれば、前記回折性光学素子は以下の群、即ちポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ばれたプラスティックから成り、前記中間空間には上記群から選ばれた別のプラスティック又はポリマーが充填される。
【００２４】
もう１つの実施態様によれば、前記回折性光学素子が、処理温度Ｔｇの低い、好ましくは処理温度Ｔｇ＜１０００℃、より好ましくは処理温度Ｔｇ＜７００℃のガラスから成る。
【００２５】
もう１つの実施態様によれば、前記回折性光学素子は、低Ｔｇのガラス、例えばＳｃｈｏｔｔのＬＡＳＦ４７、ＳｕｍｉｔａのＫ−ＶＣ８９又はＯＨＡＲＡのＳ−ＬＡＨ７９等、及び他の全ての光学ガラス、例えばＳｃｈｏｔｔのＮ−ＳＦ６、Ｎ−ＳＦ６６又はその他ＬＡＳＦ３５等を含む群より選ばれた低ＴＧのガラスから成り、前記中間空間に、以下の群、即ちポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ばれたプラスティック又はポリマーが充填される。
【００２６】
もう１つの実施態様によれば、前記回折性光学素子（５，６）が、最大高さＨが次式で与えられる回折性突起部から形成される。
【００２７】
【数１】
2007025680.tif 000003
【００２８】
もう１つの実施態様によれば、前記回折性光学素子は各場合に、光学レンズ又は光学素子の面の熱間成形、特に熱間スタンピング、又はエッチング（ＷＣＥ、ＲＩＥ、ＩＢＥ、ＣＡＩＢＥ）又はその他レーザアブレーション法（ＵＶレーザ、フェムト秒レーザ）又はその他加法的蒸着法により作製される。
【００２９】
本発明のもう１つの側面は、上記のレンズを備えた、ディジタル画像収集装置、特にディジタル画像収集のための検出器アレイとしての固体検出器を有する携帯電話に関する。
【００３０】
本発明の目的、特徴及び利点を以下、その好適な実施態様に付き、添付図面を参照して詳細に説明する。図面の図全てにおいて、同一参照番号は同一又は同等物としての素子又は素子群を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施態様によるコンパクトレンズの概略的断面図である。図１によれば、このレンズは対象物平面から検出器アレイ２１上の像平面へのビーム経路の方向に、平凸レンズとして設けられた第１のレンズ１と、平凹レンズとして設けられた第２のレンズ２と、平凸レンズとして設けられた第３のレンズ３と、ディスク状の回折性光学素子(以下、ＤＯＥ)６とから成る。ＤＯＥ６は、ハウジング２２に収容された検出器アレイ２１の光学的及び機械的保護体としての役目をする透明カバー２０の直前面に配置され、例えばガラス又はプラスティックディスクから成る。透明カバー２０には、例えば可視波長領域（波長約４００〜７００ｎｍ）の外側、特に赤外放射（波長＞７００ｎｍ）のスペクトル領域を濾過するためのフィルタを設けることができる。光学素子には全て、レンズの透明度を既知の仕方で増大するための適宜の反射防止膜を設けても良い。当業者には更なる説明無しに自明であろうが、透明カバー２０を含んでハウジング２２の高さは画像収集装置をできるだけコンパクトにするため比較的低く、即ち約１ｍｍ以下の大きさである。
【００３２】
図１によれば、第１のレンズ１は凸状の表側１０と、凹状の裏側１３が設けられた第２のレンズ２の平面状の表側に接する平面状の裏側１１を有する。図１によれば、これ等２つのレンズは連結されて、第１の屈折率を有する材料から成る第１のレンズ素子１と、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する材料から成る第２のレンズ素子２との複合レンズを形成する。この手段により、回折性レンズ素子１の表側１０で入射した光は比較的強く屈折し、これが本発明によるレンズの全長を小さくすることの有効な一助となる。原則として、２つのレンズ１，２は膠着剤でくっつけることができる。単レンズを接合により連結して、レンズ素子を複合レンズに一体化して用意するのが、特に適切であることが分かった。
【００３３】
第１のレンズ素子１にガラスを用い、第２のレンズ素子２にプラスティックを用いると好都合なことが分かった。これによって例えば、プラスティックを平凸レンズ基本素子の平面状裏側に単純成形、特に射出成形し、第１のレンズ素子１のガラスの軟化温度又は加工温度Ｔｇ下の温度でプラスティックを型押して第２のレンズ素子２を作製し、それにより製造コストを低減することができる。また、第１のレンズ素子１は、特に比較的耐引掻性があり、異物を殆ど引き寄せない、特に安定で、非感受性のレンズ面をレンズの入口面に用意できるようにするが、これはレンズ前面に保護用の透明カバーを設けない応用に特に有利である。
【００３４】
第１及び第２レンズ素子１，２から成る複合レンズのレンズ全長を短くするため、屈折性が比較的高いガラスと、又は場合によっては光学セラミックスと、低屈折率プラスティックとを組み合わせると特に好都合であることが分かった。例として、第１のレンズ素子１と第２のレンズ素子２の材料として次の材料組み合わせを以下に明記する：第１の屈折率をもつ材料としては低Ｔｇのガラス、例えばＳｃｈｏｔｔのＮ−ＬＡＳＦ４７、ＳｕｍｉｔａのＫ−ＶＣ８９又はその他ＯＨＡＲＡのＳ−ＬＡＨ７９等の低Ｔｇガラスを含む群から選ばれたガラス、及び、例えばＳｃｈｏｔｔのＮ−ＳＦ６、Ｎ−ＳＦ６６又はその他ＬＡＳＦ３５等の他の全ての光学ガラス、又はその他、例えばＭｕｒａｔａのＬｕｍｉｃｅｒａ等の光学セラミックスで良く、第２の屈折率をもつ材料としては例えばプラスティック、好ましくは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリルイミド（ＰＭＭＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスチレン−コ−アクリロニトリル（ＳＡＮ）、シクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）、シクロオレフィン重合体（ＣＯＰ）、メチルペンテン共重合体（ＰＭＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン、脂肪族ポリウレタン及びシリコーンを含む群から選ばれたプラスティックで良い。
【００３５】
図１によれば、平凸レンズ３は平面状の表側１５と凸状の裏側１６を有し、ガラスから成るようにすると良いが、他の実施態様ではプラスティックから成るようにしても良い。
【００３６】
コンパクトなレンズ設計を実現するため、これ等レンズ間の中間空間８，９は最小に保たれる。もう１つの実施態様によれば、これ等中間空間８，９の少なくとも一方はプラスティック又はポリマーで充填される。この「充填材」の分散性が更にレンズの光学的映像性に有利に影響を及ぼすようにしても良い。以下、より詳細に説明するように、充填材の分散が、レンズに設けられた少なくとも一つのＤＯＥ（図１では参照番号６）の波長依存性を更に強めるか、又は少なくとも部分的に補償するようにすることができる。従って、充填材を選ぶことにより、光学的作像性に影響を及ぼし、且つレンズの全長を短くするための、本発明による付加的パラメタが利用できるようになる。
【００３７】
図２は、本発明の第２の実施態様によるレンズの断面図である。図２によれば、第３のレンズ３が凹曲面上の表側１５と平面状の裏側１６を有する平凹レンズとして作製されている。図２によれば、ＤＯＥ５は第３のレンズ３の裏側の上に又は裏側に直接作製されるか、又は設けられる。図２によれば、透明カバー２０の表側の上に又は表側に直接、もう１つのＤＯＥ６が作製されるか、又は設けられる。従って、これ等２つのＤＯＥ５，６は直接対向する面の上又は面に設けられ（所謂、「近接カスケード」配置）、それ等２つのＤＯＥ５，６の回折効率の波長依存性が実質的に、相互に完全に補償されるように設計することができる。また、第２の実施態様の場合、上記のように、少なくとも第２のレンズ中間空間９には、分散が適切な、充填材が充填される。勿論、第１の中間空間にも、分散が適切な充填材を充填しても良い。
【００３８】
図３は、本発明の第３の実施態様によるレンズの断面図である。図３によれば、第３のレンズ３は第１の実施態様の場合のように、平面状の表側と凸曲面状の裏側１６を有する平凸レンズとして設けられる。図３から分かるように、第１のＤＯＥ５は第３のレンズ３の表側の上に又は表側に直接作製されるか、又は設けられ、それによって２つのＤＯＥ５，６は、隣接する光学素子３、２０の互いに向きがそれた境界面の上に又は境界面に直接作製されるか、又は設けられている。
【００３９】
レンズ中間空間８，９には、それ等夫々と隣接する素子の材料よりアッベ係数の小さいプラスティック又はポリマーを充填し、更に分散を大きくできるようにすると良い。
【００４０】
本レンズを構成する素子は回転対称であり、チューブ状レンズ管（図示せず）に収容されている。図には示されていないが、適宜の開口部をレンズ中間空間８，９に、特に散乱光を低減するため基本的に設けても良い。本レンズの製造の際、屈折作用のある光学素子が始めに設けられる。次いで、ＤＯＥ少なくとも１つを、便宜的には検出器アレイの回折性光学素子の１つ又は透明カバーの一面上に作製、又は直接配置して得る。これ等光学素子とこの透明カバーを光軸に沿って一直線に並べ、互いに平行に配置する。次いで、レンズ中間空間に適宜のプラスティック又はポリマーを充填する。この方法により、光学素子の一直線状且つ平行な配列が永続的に固定される。このようにして、一定な焦点距離のレンズが、本発明により作製される。
【００４１】
図１〜３による２つの中間空間は、種々の作業段階で充填が可能である。これは図１〜３によるレンズの場合の配置は、一レンズ中間空間の充填後に、互いに面平行な面が設けられるように選ぶことができ、これ等を他のレンズ中間空間の充填のため光学素子の一直線化の整列に用いることができるからである。従って、図１〜３による実施態様の場合、始めに第２のレンズ中間空間９にプラスティック又はポリマーを充填しても良く、この場合、この充填後に２つの面平行な面（図１及び３で透明カバーの後側及び第３のレンズの表側１５）をもつ管状体が提供される。
【００４２】
上には詳細に説明していないが、上記記載を検討するとき当業者は、屈折性光学素子１〜３の曲面を任意に球面状しても、非球面状しても、又は自由曲面としても良いことを理解するであろう。
【００４３】
回折構造は本発明により、面位相素子として作製することができる。例えば、２進等の構造、その他ブレーズド構造、又はその他鋸歯構造の配置面から成るフレネルの帯板又は多項位相素子が挙げられる。突起部が、プラスティック又はポリマーが充填されている隣接レンズ中間空間に突出する。突起部の最大高さに対して、次式が当てはまる。
【００４４】
【数１】
2007025680.tif 000004
【００４５】
本発明による回折構造は回折性光学素子、例えば光学レンズ、又は検出器アレイの透明ガラス又はプラスティックカバーの面を構造化することにより作製できる。製造方法を例示的に挙げれば、精密成形、ＷＣＥ（湿式化学エッチング）を含むエッチング、乾式エッチング、ＩＢＥ（イオンビームエッチング）、ＣＡＩＢＥ（化学アシストイオンビームエッチング）、機械的加工、射出成形、ホットスタンピング、レーザアブレーションである。一例として、ホットスタンピングでは、例えば光学レンズ又は検出器アレイの透明カバーのガラス又はプラスティック基体の面に、基体材料より低い温度で溶融するもう１つのガラス又はプラスティック層を特にスピニング又はプレス付着させれば良い。回折性光学構造を形成するため、原則として他の構造化法も可能であることは勿論である。
【００４６】
図４は、全長Ｌ＝４．９ｍｍ、焦点距離ｆ＝６．７ｍｍの本発明によるレンズに付き測定された格子歪を示す。大きさ４．２４ｘ４．２４ｍｍで示された図４の映像面において、０．８％の最大歪（格子歪）が測定された。
【００４７】
図５〜７は、本発明によるレンズの種々の光学的特性を要約する。レンズは、全長Ｌ＝４．９ｍｍのものである（図１参照）。図５に、入射光をレンズ中心付近と、レンズ中心から約３．０ｍｍ離れた位置の光スポット（光点）に集束したものを示す。図示のように、約２．１ｉｍのスポットサイズは光軸（中心付近の）上で決定され、８．８ｉｍのスポットサイズはマージンビームに対して決定された。図６は、中心ビーム、及びレンズ中心から３，０ｍｍ離れた位置に入射するビームの変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す。最後に図７は、横色収差を示す。図８は最後に、本発明によるレンズの、透過光の相対強度として表された、レンズ半径をファクターとするレンズの透過性を示す。
【００４８】
図９〜１１は図５〜７に対応して、その光学レンズが図５〜７によるレンズの光学レンズに対応して作製され、且つ本発明による回折性光学素子（ＤＯＥ）を含まないレンズの種々の光学的特性を示す。このレンズの全長（図１参照）はＬ＝５．５ｉｍである。図９によれば、中心付近のスポットサイズ約７．５ｉｍ、及びレンズ中心から３．０ｍｍ離れた位置のスポットサイズ約１９．１ｉｍが測定された。
【００４９】
図１３〜１８は、従来のコンパクトレンズ及び本発明のもう１つの実施態様によるコンパクトレンズの並設に関する。図１３に示すコンパクトズームレンズは、同図の右側に太線で示されている本発明の回折性素子６をもつ。回折性光学素子６は、検出器アレイ２１、例えばＣＣＤチップを覆うための透明カバーディスク２０上に直接作製されるか、又は設けられる。関連する光学的特性は、当業者により図１４及び１５から容易に把握することができる。
【００５０】
図１６は参照のため、回折性光学素子を含まない比較構造及び配置のコンパクトズームレンズを示す。関連する光学的特性は、当業者により図１４及び１５から容易に把握することができる。
【００５１】
図１３〜１５と図１６〜１８を比較することにより、光学的作像特性の改善、特に色収差に関して、容易に理解することができる。特に、作像しようとする光の位相面に関する誤差並びに色の誤差が、本発明による少なくとも１つの回折性光学素子を用いることにより驚くほど簡単に実質的に改善できる。
【００５２】
図１３〜１８を検討するとき当業者に明らかになりように、回折性素子を、コンパクトズームレンズの他のレンズ面上に、特に前側レンズの面、特にその後面上に配置しても良い。
【００５３】
図１９は、本発明のもう１つの実施態様による、焦点距離を固定したコンパクトレンズを示す。このコンパクトレンズは凸凹前側レンズ１と、透明カバー２０の前に配置された平凸レンズ３から成る。図１９に示すように、回折性光学素子５は前側レンズ１の後側に直接設けられる。当業者に明らかになるように、回折性光学素子は面の一方、特に本発明によるレンズの前端のハイブリッド又は複合レンズ、特に図１に示す前側レンズの後側に設けても良い。従って、コンパクトレンズの全長を有利に低減できることを、前側レンズの一面に回折性光学素子を設けたため色収差が低くなることと組み合わせることができる。
【００５４】
当業者が容易に理解できるように、本発明によるレンズは、消費者光学、工業的光学の分野、場合によっては自動車分野における、どんな光学装置にも用いることができる。例示として次のもの、即ちモバイルディジタル装置、例えば携帯電話、ＰＤＡ、携帯データ端末等が挙げられる。図１２はかかる応用の一例を詳細に示す。図１２によれば、携帯電話３０は、ヒンジを介して相互接続された下部３１と上部３２から成り、下部３１は既知のように、キーパッド３３と、携帯電話機能、例えば電話、ＳＭＳ、ＰＤＡ、データ記憶、データダウンロード、写真撮影等ためのセレクタスイッチ３４から成る。本発明によれば、ディスプレー３５が上部３２の表側に設けられ、レンズ３６が後側に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施態様によるレンズの概略的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施態様によるレンズの概略的断面図である。
【図３】本発明の第３の実施態様によるレンズの概略的断面図である。
【図４】本発明によるレンズの格子歪を示す。
【図５】本発明によるレンズの種々の光学的特性を示す。
【図６】本発明によるレンズの種々の光学的特性を示す。
【図７】本発明によるレンズの種々の光学的特性を示す。
【図８】レンズ半径に亘って適用された、本発明によるレンズの透明度を示す。
【図９】光学レンズが図５〜７によるレンズの光学レンズにより作製されるが、本発明による回折性光学素子を含まない従来のレンズの種々の光学的特性を図５〜７に対応して示す。
【図１０】光学レンズが図５〜７によるレンズの光学レンズにより作製されるが、本発明による回折性光学素子を含まない従来のレンズの種々の光学的特性を図５〜７に対応して示す。
【図１１】光学レンズが図５〜７によるレンズの光学レンズにより作製されるが、本発明による回折性光学素子を含まない従来のレンズの種々の光学的特性を図５〜７に対応して示す。
【図１２（ａ）】本発明による光学素子をもつ携帯電話を上面図及び側面図で概略的に示す。
【図１２（ｂ）】本発明による光学素子をもつ携帯電話を上面図及び側面図で概略的に示す。
【図１３】回折性光学素子をもたない、従来のコンパクトズームレンズの概略的断面図である。
【図１４】図１３によるズームレンズの光学的特性を示す。
【図１５】図１３によるズームレンズの光学的特性を示す。
【図１６】本発明の更なる実施態様によるコンパクトズームレンズの概略的断面図である。
【図１７】図１６によるズームレンズの光学的特性を示す。
【図１８】図１６によるズームレンズの光学的特性を示す。
【図１９】本発明のもう１つの実施態様による固定焦点距離のコンパクトレンズの断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１   レンズ
２   レンズ
３   レンズ
４   回折性光学素子
５   回折性光学素子
８   レンズ中間空間
９   レンズ中間空間
１０ レンズ１の前側
１１ レンズ１の後側
１３ レンズ２の後側
１５ レンズ３の前側
１６ レンズ３の後側
２０ 透明カバー
２１ 検出器アレイ
２２ ハウジング
３０ 携帯電話
３１ 下部
３２ 上部
３３ キーパッド
３４ セレクタスイッチ
３５ ディスプレー
３６ レンズ
【図１】
2007025680.tif 000006
【図２】
2007025680.tif 000007
【図３】
2007025680.tif 000008
【図４】
2007025680.tif 000009
【図５】
2007025680.tif 000010
【図６】
2007025680.tif 000011
【図７】
2007025680.tif 000012
【図８】
2007025680.tif 000013
【図９】
2007025680.tif 000014
【図１０】
2007025680.tif 000015
【図１１】
2007025680.tif 000016
【図１２（ａ）】
2007025680.tif 000017
【図１２（ｂ）】
2007025680.tif 000018
【図１３】
2007025680.tif 000019
【図１４】
2007025680.tif 000020
【図１５】
2007025680.tif 000021
【図１６】
2007025680.tif 000022
【図１７】
2007025680.tif 000023
【図１８】
2007025680.tif 000024
【図１９】
2007025680.tif 000025
【外国語明細書】
2007025680.tif 000026
2007025680.tif 000027
2007025680.tif 000028
2007025680.tif 000029
2007025680.tif 000030
2007025680.tif 000031
2007025680.tif 000032
2007025680.tif 000033
2007025680.tif 000034
2007025680.tif 000035
2007025680.tif 000036
2007025680.tif 000037
2007025680.tif 000038
2007025680.tif 000039
2007025680.tif 000040
2007025680.tif 000041
2007025680.tif 000042
2007025680.tif 000043
2007025680.tif 000044
2007025680.tif 000045
2007025680.tif 000046
2007025680.tif 000047
2007025680.tif 000048
【図１】
2007025680.tif 000049
【図２】
2007025680.tif 000050
【図３】
2007025680.tif 000051
【図４】
2007025680.tif 000052
【図５】
2007025680.tif 000053
【図６】
2007025680.tif 000054
【図７】
2007025680.tif 000055
【図８】
2007025680.tif 000056
【図９】
2007025680.tif 000057
【図１０】
2007025680.tif 000058
【図１１】
2007025680.tif 000059
【図１２】
2007025680.tif 000060
【図１３】
2007025680.tif 000061
【図１４】
2007025680.tif 000062
【図１５】
2007025680.tif 000063
【図１６】
2007025680.tif 000064
【図１７】
2007025680.tif 000065
【図１８】
2007025680.tif 000066
【図１９】
2007025680.tif 000067